即將走出實(shí)驗(yàn)室的6大IT創(chuàng)新

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與人們對(duì)計(jì)算機(jī)行業(yè)的期望相比，這個(gè)行業(yè)的進(jìn)步總是難以滿足人們的要求，人們總感覺(jué)革命性的變革來(lái)得太少、太慢。比如，今天流行的上網(wǎng)本本質(zhì)上就是一臺(tái)筆記本電腦，只是更小一點(diǎn)、更便宜一些；為你電腦提供計(jì)算能力的芯片與過(guò)去的奔騰芯片也是一脈相承，并沒(méi)有多少革命性的變化；你剛剛購(gòu)買的硬盤存儲(chǔ)容量可能達(dá)到2TB，但它仍然只是一個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器。IT行業(yè)還有創(chuàng)新嗎？哪些真正的創(chuàng)新究竟在哪里？

當(dāng)然有，它們就在實(shí)驗(yàn)室里。從某種程度上說(shuō)，大型IT廠商和大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員充當(dāng)了IT行業(yè)的指路燈，他們?yōu)镮T行業(yè)的發(fā)展指明了前進(jìn)的方向。實(shí)際上，產(chǎn)生于這些實(shí)驗(yàn)室里的產(chǎn)品和靈感有可能將改變整個(gè)IT行業(yè)，從網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)系統(tǒng)到敏感數(shù)據(jù)的安全以及最終用戶與計(jì)算機(jī)交互的界面，在這些研究人員的努力下，IT領(lǐng)域幾乎各個(gè)方面都在孕育著革命性的變化。這里只是今天的實(shí)驗(yàn)室里正在研究的一些技術(shù)或者想法，很有可能這些技術(shù)會(huì)早于你的預(yù)計(jì)來(lái)到你身邊。

處理器：突破摩爾定律

從20世紀(jì)中葉以來(lái)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展就像是在與摩爾定律賽跑。摩爾定律是由英特爾共同創(chuàng)始人Gordon E.摩爾首先提出的，這個(gè)猜想說(shuō)的是集成電路的性能每18個(gè)月會(huì)翻一番。在過(guò)去的幾十年來(lái)，摩爾的預(yù)言已經(jīng)得到證實(shí)，計(jì)算機(jī)幾乎正在按照摩爾定律設(shè)定的軌道前行。雖然芯片制造已接近現(xiàn)代處理器的物理限制，但多核CPU的出現(xiàn)讓日趨小型化的芯片能繼續(xù)提供越來(lái)越強(qiáng)大的計(jì)算能力。

不過(guò)，一些科學(xué)家認(rèn)為摩爾定律已經(jīng)到了該終結(jié)的時(shí)候了，其原因不是因?yàn)槲覀兺Ｖ棺非蟾斓奶幚砥?。相反，他們認(rèn)為計(jì)算機(jī)將向量子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一個(gè)飛躍。 量子計(jì)算機(jī)，一種因其亞原子粒子的特性而擁有強(qiáng)大處理能力的設(shè)備，被普遍視為未來(lái)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一次關(guān)鍵演變。只是盡管科學(xué)家們一直努力設(shè)法構(gòu)造一臺(tái)真正的量子計(jì)算機(jī)，但即使是最成功的量子計(jì)算機(jī)研究項(xiàng)目迄今也只解決了簡(jiǎn)單的計(jì)算問(wèn)題。

當(dāng)然，在微處理器方面也有其他一些技術(shù)同樣是革命性的。伊利諾伊大學(xué)Rakesh Kumar教授提出了一種新的提高現(xiàn)有CPU運(yùn)算速度的方法。他說(shuō)，今天的芯片花太多時(shí)間試圖讓所有的計(jì)算完全正確，而實(shí)際上所有集成電路總是會(huì)犯錯(cuò)誤。為了確保計(jì)算結(jié)果的絕對(duì)正確，芯片消耗了過(guò)多的原本不必要的計(jì)算能力，這也使得我們很難縮小芯片上各個(gè)元件的尺寸。Kumar認(rèn)為并不是每個(gè)崩潰都是災(zāi)難，他帶領(lǐng)的研究小組沒(méi)有采用傳統(tǒng)的絕對(duì)無(wú)差錯(cuò)處理器設(shè)計(jì)，而是在研發(fā)一種可容錯(cuò)的計(jì)算機(jī)。這種硬件與軟件配合使用，在CPU真正發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，該軟件可以處理這些錯(cuò)誤，從而使得這種芯片能夠以較低功率水平運(yùn)行，同時(shí)無(wú)需擔(dān)心對(duì)錯(cuò)誤失去控制。

與此同時(shí)，來(lái)自密歇根理工大學(xué)和日本國(guó)立材料科學(xué)研究所的研究人員正在嘗試一個(gè)更為激進(jìn)的方法。他們完全放棄了硅材料，而是使用DDQ——一種由碳、氮、氧、氯組成的化合物來(lái)構(gòu)建分子計(jì)算機(jī)。他們說(shuō)已經(jīng)模仿出人類大腦的并行處理結(jié)構(gòu)，這樣的一個(gè)真正接近人腦的計(jì)算機(jī)其處理能力要高出現(xiàn)有的CPU幾個(gè)數(shù)量級(jí)。而且，由于他們的設(shè)計(jì)采用了有機(jī)分子，研究人員相信這種計(jì)算機(jī)可以從藻類生長(zhǎng)出來(lái)，而不必使用工業(yè)的化學(xué)過(guò)程。

網(wǎng)絡(luò)：結(jié)束交通擁堵

“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”這句話是Sun公司的研究員約翰蓋奇在1984年第一個(gè)提出來(lái)的的，不過(guò)，這句話從來(lái)沒(méi)有像今天這樣適用。從最強(qiáng)大的服務(wù)器到最小的移動(dòng)設(shè)備，對(duì)于一個(gè)現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最基本的一個(gè)要求是，它能提供即時(shí)、快捷、可靠的網(wǎng)絡(luò)接入。然而，隨著富媒體內(nèi)容的日益豐富，滿足這一要求仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在興起，這些技術(shù)給“高速寬帶”這個(gè)詞賦予了新的含義，也使得真正的高速寬帶比預(yù)期的更早來(lái)到。

802.11n標(biāo)準(zhǔn)有望讓無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到600Mbps，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)很久了，而相關(guān)的廠商現(xiàn)在才開始對(duì)較慢的802.11b和802.11g標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級(jí)。但是，這并不意味著對(duì)Wi-Fi的性能該經(jīng)工作停滯不前。相反，Wi-Fi聯(lián)盟和無(wú)線千兆聯(lián)盟已經(jīng)聯(lián)手開發(fā)下一代Wi-Fi，有望像802.11n標(biāo)準(zhǔn)一樣大大提升Wi-Fi的性能。新的標(biāo)準(zhǔn)將采用60GHz的無(wú)線電頻譜，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)7Gbps，足夠傳輸藍(lán)光品質(zhì)的視頻。

然而，Wi-Fi新標(biāo)準(zhǔn)只能提升局部區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸速度，我們?cè)L問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的速度最終還得取決于與ISP的網(wǎng)絡(luò)連接帶寬。到目前為止，最快的網(wǎng)絡(luò)連接只提供給那些有光纖與ISP直接相連的客戶，但不久ISP將能給更多的客戶提供一種接近光纖速度的低成本互聯(lián)網(wǎng)接入方式，這是阿爾卡特-朗訊正在研發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)。由于采用各種信號(hào)處理技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以在普通的銅線上實(shí)現(xiàn)高達(dá)300Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速度，距離通信集線器的最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)400米。

存儲(chǔ)：多多益善

當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心就像一只幼鳥，總是處于饑餓狀態(tài)：更多的存儲(chǔ)容量、更高的密度、更低的用電量和更快的訪問(wèn)時(shí)間，數(shù)據(jù)中心對(duì)這些方面的需求是無(wú)止境的。幸運(yùn)的是，存儲(chǔ)一直是近年來(lái)IT行業(yè)中技術(shù)進(jìn)步速度最快的領(lǐng)域之一，而且這一趨勢(shì)還不會(huì)放慢。比如，硬盤制造商正在以驚人的速度提高硬盤的容量，甚至芯片制造商也投入極大的熱情在積極研發(fā)高速固態(tài)硬盤。不過(guò)，最令人興奮的新一代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)還沒(méi)有出現(xiàn)，或者說(shuō)它們才剛剛萌芽。

IBM的Almaden研究中心的科學(xué)家正在研究一種新形式的固態(tài)硬盤，他們稱之為“賽道內(nèi)存（racetrack memory）”。這種存儲(chǔ)技術(shù)利用納米導(dǎo)線中單個(gè)電子的自旋方向來(lái)存儲(chǔ)信息，基于這種技術(shù)的存儲(chǔ)設(shè)備其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的閃存，而其數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度與傳統(tǒng)RAM內(nèi)存相當(dāng)。如同其他固態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)一樣，即使電源關(guān)閉，數(shù)據(jù)也依然被保存在設(shè)備中。而與這些基于閃存的存儲(chǔ)設(shè)備不同的是，“賽道內(nèi)存”在讀和寫數(shù)據(jù)方面上性能沒(méi)有什么差別，而且不存在現(xiàn)在的固態(tài)硬盤常見(jiàn)的寫次數(shù)限制問(wèn)題。

與此同時(shí)，惠普的工程師們則希望從舊的思路中發(fā)掘出新的價(jià)值。“憶阻器（memristor）”——這個(gè)名字由內(nèi)存（memory）和晶體管（transistor）混合而成，是加州大學(xué)伯克利分校教授萊昂蔡氏于1971年在自己的論文中首次提出來(lái)的一個(gè)概念。但直到2008年，惠普才宣布它已成功地生產(chǎn)出了一個(gè)可以實(shí)際工作的憶阻器。最近惠普公司表示，該技術(shù)的應(yīng)用潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了萊昂蔡氏當(dāng)初的設(shè)想。因?yàn)閼涀杵饔泻芏鄠鹘y(tǒng)的晶體管所不具有的特性，比如，憶阻器除了可以用來(lái)保存數(shù)據(jù)以外，它還可以執(zhí)行自己的計(jì)算。更重要的是，憶阻器的存儲(chǔ)密度是閃存設(shè)備的兩倍左右，并且更耐高溫。惠普希望這項(xiàng)技術(shù)能在未來(lái)幾年內(nèi)商業(yè)化。

安全：無(wú)法攻破的鎖

隨著企業(yè)和個(gè)人消費(fèi)者在信息方面不斷積累，數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，保護(hù)這些數(shù)據(jù)已經(jīng)成為最為關(guān)注的問(wèn)題之一。到目前位置，數(shù)據(jù)加密技術(shù)仍然是保護(hù)數(shù)據(jù)的主要手段之一。然而，隨著計(jì)算機(jī)處理能力的不斷增加，很多以前看起來(lái)很有效的加密辦法在強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)面前顯得不值一提。這就是為什么數(shù)學(xué)家、工程師和計(jì)算機(jī)科學(xué)家已經(jīng)很難再提出不存在以往那些漏洞的新的數(shù)據(jù)加密方法。實(shí)際上，計(jì)算能力的提高是一把雙刃劍，它使得加密模型和破解工具這兩個(gè)陣營(yíng)之間的競(jìng)賽越來(lái)越激烈。

現(xiàn)在討論最多的是量子密碼術(shù)，這也被視為量子計(jì)算機(jī)的第一個(gè)“殺手級(jí)應(yīng)用”。量子密碼技術(shù)利用了一個(gè)原理，即我們對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行觀察其實(shí)就是對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的一種干擾。只要有人竊取或者進(jìn)入了一個(gè)由量子組成的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變。換而言之，任何人只要他閱讀過(guò)了一個(gè)采用量子密碼加密過(guò)的信息，就會(huì)留下不可撤銷的記錄。因此，從理論上說(shuō)要想竊聽一個(gè)通過(guò)量子密碼技術(shù)加密的信息而不留下任何痕跡是不可能的。然而，如前所述，量子計(jì)算本身還處在實(shí)驗(yàn)階段，量子計(jì)算機(jī)和量子密碼術(shù)的商業(yè)應(yīng)用都有很長(zhǎng)的路要走。

最近，IBM研究人員Craig Gentry有了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)有望與今天的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起解決數(shù)據(jù)的加密問(wèn)題。Gentry找到了一種算法，這一算法能完成頂級(jí)的加密專家們長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為不可能的工作：它允許電腦系統(tǒng)對(duì)加密數(shù)據(jù)執(zhí)行各種運(yùn)算和操作，而無(wú)需先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)到來(lái)之前是如何加密的，其計(jì)算結(jié)果也以同樣的方式進(jìn)行加密，中間沒(méi)有任何步驟會(huì)讓數(shù)據(jù)暴露在竊取者的眼睛之下。Gentry的這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)廣泛使用的數(shù)字安全系統(tǒng)帶來(lái)重大的影響，從網(wǎng)上銀行到數(shù)字媒體的交付，只是它可能還需要數(shù)年才能投入實(shí)際應(yīng)用。

顯示器：視覺(jué)新體驗(yàn)

當(dāng)IBM首次把個(gè)人電腦推到市場(chǎng)時(shí)，顯示器只能顯示綠色字符，這也是當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)配置。后來(lái)，隨著圖形顯示卡的不斷進(jìn)步和改善，這些單色的顯示器逐漸讓位給了色彩鮮艷的彩色顯示器。而今天，笨重的彩色CRT顯示器也即將成為歷史，更輕薄、低功耗的液晶顯示器正在取而代之。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，例如OLED背光技術(shù)，將使得現(xiàn)代平板顯示器更明亮、比任何時(shí)候都更清晰。而且，這絕不意味著顯示技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭，未來(lái)一定會(huì)出現(xiàn)更先進(jìn)的技術(shù)。

比如，目前這一代的液晶面板很脆弱、易碎，如果不小心讓手機(jī)掉到地上或者把它坐到屁股底下，手機(jī)顯示屏?xí)苋菀灼扑?。為了解決這個(gè)問(wèn)題，索尼正在開發(fā)可彎曲的液晶面板，這一技術(shù)不僅有望提高液晶面板的使用壽命，而且也可能降低液晶面板的生產(chǎn)成本，創(chuàng)造出更清潔的生產(chǎn)車間。目前，索尼已經(jīng)開發(fā)出產(chǎn)品原型，雖然這個(gè)產(chǎn)品原型分辨率很低，但是非常柔軟，只有4毫米厚，可以卷成一個(gè)圓柱。

另一個(gè)想法是徹底甩掉顯示器。液晶投影儀就是一種解決辦法，而且今天也很常見(jiàn)，但它們的缺點(diǎn)是太笨重，同時(shí)用于投影的燈泡也太昂貴。此外，投影儀的圖像質(zhì)量無(wú)法保證，很大程度上取決于周圍環(huán)境的照明情況。不過(guò)，隨著采用激光技術(shù)的數(shù)字投影儀的出現(xiàn)這一切有望改變。傳統(tǒng)的顯示器通過(guò)對(duì)紅、藍(lán)、綠三種顏色的光進(jìn)行混合來(lái)產(chǎn)生各種各樣的顏色。過(guò)去，由于可靠的綠色激光非常難以產(chǎn)生，因此制造商們迄今為止無(wú)法將激光用于投影設(shè)備，這也導(dǎo)致數(shù)字投影儀無(wú)法真正投入實(shí)用。康寧公司聲稱已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題，這意味著可能很快就可以從一個(gè)手機(jī)大小的設(shè)備中投射出非常耀眼的光來(lái)。

讓顯示設(shè)備在強(qiáng)光環(huán)境中能夠展現(xiàn)出同樣清晰的圖像一直是一個(gè)難題。最近幾年，隨著電子紙技術(shù)的成熟，這個(gè)問(wèn)題也有望得到解決。只是目前電子紙還是以黑白的為主，彩色的電子紙成本太高，無(wú)法大量使用，這是科學(xué)家和工程師們正在著手解決的問(wèn)題。一個(gè)頗有前途的技術(shù)來(lái)自高通公司，這種被稱為mirasol的技術(shù)能產(chǎn)生出各種顏色艷麗的圖像，但其本身并不發(fā)光，因而更節(jié)能。mirasol采用了一種帶有微機(jī)電裝置的鏡子，通過(guò)自然光的干涉效應(yīng)把周圍環(huán)境的反射回來(lái)容。它能根據(jù)環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度，從而保證閱讀者能在強(qiáng)光下看清屏幕上的內(nèi)容。和E-ink電子紙技術(shù)相比，它的亮度更高，可以顯示彩色，刷新速度足夠快，可以播放視頻。對(duì)Mirasol來(lái)說(shuō)，目前的最大問(wèn)題是工藝和成本。這樣大規(guī)模的微機(jī)電系統(tǒng)良品率偏低，而且其現(xiàn)在的成本也高于有近20年歷史的Eink技術(shù)。不過(guò)，基于該技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)上市，相信隨著技術(shù)的完善，不用太久這項(xiàng)技術(shù)也將會(huì)走進(jìn)普羅大眾的生活。

另外，由飛利浦分拆出來(lái)的Liquavista公司在顯示技術(shù)方面走得更遠(yuǎn)些。它推出一種顯示屏，帶有背光，同時(shí)也能與電子紙一樣不用背光而單靠反射環(huán)境光來(lái)閱讀。

人機(jī)交互：超越鼠標(biāo)

盡管今天電腦在我們的學(xué)習(xí)和工作中扮演著越來(lái)越重要的作用，而且我們使用電腦的方式也已經(jīng)與個(gè)人電腦剛剛出現(xiàn)時(shí)有了很大區(qū)別，但是，我們與電腦的交互方式卻沒(méi)有太多變化，基本上還是1984年蘋果推出第一臺(tái)Macintosh時(shí)的那些交互方式。電腦顯示屏上最常見(jiàn)仍然是閃動(dòng)的光標(biāo)、指針、文件夾、窗口、滾動(dòng)條和其他控制部件，這些元素仍然統(tǒng)治著當(dāng)今幾乎每一個(gè)圖形操作系統(tǒng)。

這與好萊塢電影里展現(xiàn)給我們的有很大差距。在好萊塢電影所展示的虛幻的世界里，你會(huì)看到懸浮在空中的顯示屏、頭盔式顯示器等很酷的玩意兒。你也許會(huì)想，這些想法真的可以用作實(shí)際的商業(yè)用途嗎？

答案是肯定的，至少微軟認(rèn)為如此。微軟在觸摸屏技術(shù)方面的概念產(chǎn)品Surface給我們提供了一種新的與電腦進(jìn)行交互的方式。Surface就像一個(gè)桌子，傳統(tǒng)電腦上的哪些元素你在這里看不到了，看不到鼠標(biāo)，也看不到鍵盤，取而代之的是多點(diǎn)觸控的操作方式。而這還不是微軟在人機(jī)交互方面最受期待的創(chuàng)新，最值得期待的是首次在個(gè)人游戲機(jī)Xbox 360上引入的一種設(shè)備，以前稱為Natal項(xiàng)目，正式的名字為Kinect for Xbox 360。它被認(rèn)為是微軟的Xbox與任天堂的Wii游戲機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的最有力武器。

Kinect是Xbox 360的一個(gè)不需要控制器的游戲界面。與傳統(tǒng)的游戲機(jī)都有一個(gè)實(shí)際的游戲控制器不同， Kinect將人的肢體動(dòng)作帶進(jìn)游戲中而不是拿著游戲桿操作活動(dòng)手指。它帶有攝像頭，可以通過(guò)視覺(jué)影像和紅外線直接辨識(shí)判斷人的位置、動(dòng)作等。Kinect最迷人之處是，能讓游戲玩家操縱在空中的游戲?qū)ο?，也就是游戲玩家不用拿著任何控制器，只要站在攝影鏡頭前就可以玩游戲，并可同時(shí)支持到最多4個(gè)人。如果這種操作方式能被消費(fèi)者接受，那么，這種技術(shù)也有望應(yīng)用到信息臺(tái)和各種觸摸屏設(shè)備上。

也許好萊塢電影里的人機(jī)交互技術(shù)最終成為現(xiàn)實(shí)的最好例子是奧布朗工業(yè)公司所開發(fā)出的G-Speak虛擬空間操作系統(tǒng)。通過(guò)G-Speak技術(shù)，用戶無(wú)需使用鼠標(biāo)，而只要戴上特制的手套，就可以隨意控制屏幕上的物體。比如你只要輕輕揮動(dòng)手指，就可以隨意選擇屏幕上的物體。如果雙手更靠近物體，還會(huì)感覺(jué)到那個(gè)物體好像離你更近、變得更大等。這項(xiàng)最早發(fā)源于麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)有望廣泛用于需要操控空間圖形以及進(jìn)行手勢(shì)控制的應(yīng)用中。隨著3D電視和3D顯示器在不久的將來(lái)成為主流的顯示設(shè)備，如果類似G-Speak這樣的技術(shù)出現(xiàn)在你的電腦上，你千萬(wàn)不要感到驚訝。